第1章_土木工程材料的基本性质ppt课件.ppt

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1、第1章材料的基本性质主讲：胡大伟本章内容材料的组成、结构及构造材料的物理性质材料的力学性质材料与水有关的性质材料的热物理性质材料的耐久性材料的安全性思考土木工程要求材料具备什么性能?土木工程材料如何满足工程要求?本章学习哪些内容?土木工程的功能要求的材料性能承受荷载长期可靠性防水、隔热隔声、防火采光、绝缘不污染环境强度、刚度耐久性物理性能安全性1.1材料的组成、结构及构造材料的组成、结构及构造决定着材料的各种性质组成化学组成物相组成结构和构造微观结构介观结构宏观结构材料的化学组成化学组成——材料的化学成分。例如：钢材中四种矿物相所含的化学元

2、素是：Fe、C及其它微量元素（Cr、Mn、Ni等）；生石灰的化学组成是：CaO，熟石灰的组成是Ca(OH)2；水泥中四种矿物相所含的化合物是：CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等。聚氯乙烯塑料的化学组成有：PVC树脂（[-CH－CHCl-]n）、二丁酯、CaCO3等。材料的物相组成物相是具有相同物理、化学性质，以及一定化学成分和结构特征的物质。对于无机非金属材料，通常用矿物成分表示；对于金属材料，通常用金相组织表示。矿物：具有一定化学组成和结构特征的天然化合物或单质，也指具有特定晶体结构、特定物理力学性能，类似于天然矿物的物相或化合物

3、。矿物组成：土木工程材料中的矿物种类及其含量。例如：小资料：矿物成分与金相组织硅酸盐水泥熟料中的主要矿物相有：硅酸三钙硅酸二钙铝酸三钙铁铝酸四钙钢材中的金相有：奥氏体铁素体渗碳体珠光体化学组成与物相组成的关系化学组成相同，其物相组成不一定相同；例如：半水石膏的化学成分为CaSO40.5H2O，但它有-、-、-等3种矿物相。不同的物相，其化学组成可能相同。例如：水泥熟料中的硅酸二钙和硅酸三钙两种不同矿物相的化学成分均是CaO和SiO2。物相组成相同，其化学组成一定相同。材料的结构和构造材料的结构和构造泛指材料各组成部分之间的组合方式及

4、其在空间排列分布的规律。通常，按材料的结构和构造的尺度范围，可分为宏观结构、介观结构和微观结构。材料结构层次：宏观结构介观结构微观结构宏观结构宏观结构指用肉眼或放大镜可分辨出的结构和构造状态，其尺度范围在10-3m级以上。按宏观结构的特征，材料有致密、多孔、粒状、层状等结构。宏观结构的分类按孔隙尺寸分：致密结构：金属、玻璃、致密的天然石材微孔结构：水泥制品、粘土砖瓦多孔结构：加气混凝土、泡沫塑料按构成形态分：聚集结构：混凝土、塑料纤维结构：木材、岩棉层状结构：复合墙板、胶合板散粒结构：砂、石、粉煤灰材料的宏观结构是影响材料性质的重要因素。介

5、观结构介观结构是指用光学显微镜和一般扫描透射电子显微镜所能观察到的结构，是介于宏观和微观之间的结构，其尺度范围10-3~10-9m。根据其尺度范围，可分为显微结构（10-3~10-7m）和纳米结构（10-7~10-9m）。微观结构微观结构是指原子或分子层次的结构。材料微观结构可分为晶体和玻璃体。晶体是质子按一定规律在空间重复排列的固体，具有一定的几何形状和物理性质。玻璃体是熔融物在急冷时，质点来不及按一定规律排列而形成的内部质点无序排列的固体或固态液体。1.2材料的物理性质密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度密实度与孔隙率【一般材料】填充率

6、、空隙率、间隙率【散粒材料】密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度1.固体（实体）2.闭口孔隙3.开口孔隙密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度自然状态下体积示意图密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度散粒材料体积示意图密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度材料的密度是材料在绝对密实状态下单位体积的（不包括开口和闭口孔隙体积）的质量。公式：ρ=m/V测量方法：试样—粉末；体积测量—排液法。密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度表观密度是材料在包含闭口孔隙条件下单位体积的质量。公式：ρ’=m/V’测定方法：排液置换法或水中称重法密度、表观密度、毛体积密

7、度、堆积密度毛体积密度是指材料在自然状态下（包括开口孔隙和闭口孔隙）单位体积的质量。公式：ρ0=m/V0测定方法：蜂蜡排液法或体积仪密度、表观密度、毛体积密度、堆积密度堆积密度是指散粒状或纤维状材料在自然堆积状态下（包括开口孔隙、闭口孔隙和间隙）单位体积质量。公式：ρ’0=m/V’0测定方法：试样—颗粒；质量测量—固定体积法思考对于某一种材料来说，其密度、表观密度、毛体积密度和堆积密度之间的相互关系怎样？答：密度＞表观密度＞毛体积密度＞堆积密度为什么？答：自然状态下的体积＝绝对密实体积＋孔隙体积；堆积体积＝密实体积＋孔隙体积＋空隙体积。密实

8、度（D）与孔隙率（P）密实度定义：材料体积（自然状态）内被固体物质的充实程度D公式：D=(V/V0)×100%意义：D反映材料的密实程度，D越大，材料越密实密实度（D）与孔隙率（